机车电机与电器 课件 项目四 三相同步电机

任务一同步电机的结构和工作原理同步电机相关知识A同步电机的工作原理B三种运行状态之间的转换C目录CONTENTS同步电机的铭牌DPart第一章01同步电机相关知识同步电机相关知识用途同步电机是交流机械能和电能相互转换的装置。同步电动机主要用来拖动功率较大、转速不需要调节的生产机械，如钢铁厂轧钢机、矿井送风机、球磨机等；同步调相机提供无功功率，主要用于工厂无功补偿，提高电网功率因数。基本结构三相同步电机也是一种旋转电机，主要由定子、转子和气隙组成。按照旋转部件的不同，同步电机分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。同步电机相关知识旋转电枢式同步电机主磁极位于定子，交流电枢位于转子，称为旋转电枢式同步电机。由于交流电流通过转子集电环和电刷与外部连接，高电压和大电流时可靠性不高，因此仅限于小容量的同步电机。旋转磁极式同步电机主磁极位于转子，交流电枢位于定子，称为旋转磁极式同步电机。根据转子磁极形状的不同又分为隐极式和凸极式两种。隐极式结构气隙均匀，通常存在大小齿；凸极式结构气隙不均匀，主磁极下气隙较小，而相邻极间气隙较大。同步电机相关知识定子三相同步电机的定子结构与三相异步电机的定子基本相同，也是由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等部件组成。同步电机的定子铁心和绕组是进行机电能量转换的枢纽，所以又将同步电机的定子称为电枢。转子凸极式转子圆周上安装有若干对凸出的磁极，定、转子之间的空气隙是不均匀的。隐极式转子的铁心呈圆柱体状，没有明显的磁极形状，定、转子间的气隙均匀。凸极式转子凹极式转子同步电机相关知识励磁方式同步电机是一种定子边用交流电流励磁以建立旋转磁场，转子边用直流电流励磁构成旋转磁极的双边励磁的交流电机。其励磁方式主要有电励磁、永磁励磁、无励磁的凸极磁阻或磁滞实心转子三种。分类按照励磁方式不同分为电励磁同步电机、永磁同步电机、混合励磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机；按照旋转部件的不同分为旋转磁极式同步电机和旋转电枢式同步电机；按照磁极形状不同分为凸极同步电机和隐极同步电机；按照驱动轮机不同分为汽轮发电机、水轮发电机和风力发电机等。Part第一章02同步电机的工作原理同步电机的工作原理两极三相交流发电机工作原理发电机状态在同步发电机的定子铁心上嵌有三相对称线圈Ax、By和Cz，称为定子线圈（或电枢线圈）。

同步电机的工作原理电动机状态定子边接三相交流电源，转子边通过电刷和集电环装置接直流电源，转子轴上联结机械负载。三相同步电动机运行原理同步电机的工作原理同步调相机若同步电机的定子边加三相交流电，转子边接直流电源励磁，而转子轴上未带任何机械负载，则同步电机处于同步调相机状态。三相同步调相机运行原理Part第一章03三种运行状态之间的转换三种运行状态之间的转换同步电机有三种运行状态：发电机、电动机和调相机。由于发电机和电动机的区别是电机输出还是吸收有功功率或者机械功率，而调相机相当于零功率因数状态的发电机或电动机，但没有机械功率的输入或输出。发电机与电动机原理上是可逆的。并网运行的同步电机，发电机状态与电动机状态式可以相互转换的，并且调相机是发电机与电动机的过渡状态。Part第一章04同步电机的铭牌同步电机的铭牌每台同步电机机壳上都装有铭牌，将其运行的额定值印刻在上面。电机按铭牌上所规定的条件运行时，称为电机的额定运行状态。额定值

THANKYOU任务二典型同步牵引发电机同步发电机的特性ATQFR-3000型同步牵引发电机BDF4B、DF4C、DF4D内燃机车牵引发电机参数比较C5GMG201E1型牵引发电机D目录CONTENTS同步牵引发电机的维护保养EPart第一章01同步发电机的特性同步发电机的特性特性（1）空载特性：转速额定，电枢电流为零，电枢电压与励磁电流的关系U0＝f（If）。（2）短路特性：转速额定，电枢电压为零，电枢电流与励磁电流的关系Ik＝f（If）。（3）零功率因数负载特性：转速和电枢电流额定，负载功率因数为零，电枢电压与励磁电流的关系Ua＝f（If），通常用三相电抗器作为负载。（4）外特性：转速额定，励磁电流和负载功率因数给定，电枢电压与电流的关系Ua＝f（Ia）。（5）调整特性：转速和电枢电压额定，负载功率因数给定，励磁电流与电枢电流的关系If＝f（Ia）。Part第一章02TQFR-3000型同步牵引发电机TQFR-3000型同步牵引发电机用途TQFR-3000型同步牵引发电机与柴油机组成柴油机—发电机组。发电机的输入端轴伸为法兰盘形式，通过半刚性联轴器与柴油机曲轴连接；发电机的输出端为锥度轴伸，通过传动轴与启动变速箱连接。柴油机启动时，启动辅助发电机通过启动变速箱、同步牵引发电机转轴带动柴油机启动；柴油机启动后驱动同步牵引发电机，并经启动变速箱驱动启动发电机、感应子励磁发电机、测速发电机等辅助装置运转。型号含义DF4B型内燃机车装有一台三相交流同步牵引发电机，它是一台十八极、凸极式、径向自通风冷却的卧式发电机，型号为TQFR-3000，其中T—同步，Q—牵引，F—发电机，R—热力机车，3000—额定容量3000kV·A。TQFR-3000型同步牵引发电机基本结构TQFR-3000型同步牵引发电机（简称3000发电机）由定子、转子和气隙组成。定子定子是实现机械能和电能相互转换的电枢部分，其作用为产生感应电动势，提供磁路并作为电机的机械支撑。3000发电机的定子由机座、定子铁心、定子绕组、刷架装置及端盖等组成。转子转子的作用是传递扭矩、产生磁场，主要由转轴、磁轭支架、转子磁极、滑环及风扇组成。冷却3000发电机自带离心式冷却风扇，风扇叶片安装于转子磁轭支架两端。转子转动时，冷却空气自前端（输出端）盖吸风网吸入，在电机内部形成两条风路：大部分冷却空气经由转子磁轭轮辐空间、磁极间缝隙、定子径向通风槽，最后由机座的上、下排风口排出；少部分冷却空气从电机前端盖吸风网吸入后，先冷却定子绕组端接部分，再经机座筋板上的孔，最后由机座的上、下排风口排出。Part第一章03DF4B、DF4C、DF4D内燃机车牵引发电机参数比较DF4B、DF4C、DF4D内燃机车牵引发电机参数比较车

型DF4B（货）DF4C（客、货）DF4D（客）型号TQFR-3000TQFR-3000BTQFR-3000E额定容量（kV·A）298525702911额定电压（V）438/613386/606425/770额定电流（A）3936/28053840/24443955/2183额定转速（r/min)100010001000额定频率（Hz）150150150额定功率因数0.950.950.95励磁方式他励他励他励额定励磁电压（V）104/11290/11292/105额定励磁电流（A）244/272213/267255/267绝缘等级（定子/转子）F/FF/FH/H冷却方式径向自通风径向自通风径向自通风工作制连续连续连续定子接线方式三相Y形三相Y形

三相Y形组装气隙（mm）333电机质量（kg）498551005120励磁绕组阻值（15°C）（Ω）0.24640.25330.2543电枢绕组阻值（15°C)（Ω）0.0011250.001210.001445Part第一章045GMG201E1型牵引发电机5GMG201E1型牵引发电机工作原理HXN5型内燃机车用牵引发电机与辅助发电机同轴，同步发电机由固定的定子和可旋转的转子组成，转子铁心上装有一定形状的成对磁极，磁极上有励磁绕组，通以直流电会在电机的气隙中形成极性相间的励磁磁场。当柴油机拖动转子旋转时，极性相间的励磁磁场随着转轴一起旋转并依次切割定子各相绕组，由于电枢绕组与励磁磁场的相对切割，电枢绕组将会感应出大小和方向按周期性变化的三相交流电。基本结构5GMG201E1型同步牵引发电机采用单列圆柱滚子轴承，主、辅发电机与滑环位于轴承两端。机座上装有转子支撑以支撑转子，防止轴承在电机安装到机车前遭到破坏，电机的输入端为法兰形式，与柴油机曲轴直接耦合传递动力。5GMG201E1型同步牵引发电机由定子、转子、滑环与刷架系统等组成5GMG201E1型牵引发电机参数容量（功率因数为0.955）4690kV.A输出电压DC1380V（经整流后）输出电流DC3082A（经整流后）频率87.5Hz绝缘等级H级励磁绕组电压74V励磁绕组电流400A效率≥96％质量9069kg冷却方式轴向强迫通风Part第一章05同步牵引发电机的维护保养同步牵引发电机的维护保养维护保养1.滑环的维护保养2.刷握的维护保养3.电枢绕组的维护保养4.励磁绕组的维护保养5.转子其他部分的维护保养6.定子铁心的维护保养7.轴承的维护保养8.电机的通风THANKYOU任务三微型同步电动机相关知识A同步电动机的起动B同步电动机的调速C目录CONTENTSPart第一章01相关知识相关知识微型同步电动机的定子结构与异步电动机的定子是一样的。转子的极数与定子极数相同，转子上无绕组，不需要直流励磁，因而没有电刷与滑环，所以结构简单，维护方便。分类永磁式同步电动机反应式同步电动机磁滞式同步电动机Part第一章02同步电动机的起动同步电动机的起动起动辅助设备起动利用辅助电动机拖动转子起动，接近同步速时，定子并网，并在转子励磁绕组上加励磁电流，使得定、转子产生同步电磁转矩而牵入同步。阻尼绕组起动励磁绕组需要串联10倍励磁绕组电阻的外接电阻。待转子接近同步速时，转子施加励磁电压，转子励磁电流产生的主磁极磁场能很快将同步电动机的转子牵入同步。变频起动同步电动机利用功率变换器变频起动是既经济节能又能适应不同负载转矩和运行转速要求的方法，利用定、转子同步磁场产生的电磁转矩足以驱动额定电磁转矩的负载。Part第一章03同步电动机的调速同步电动机的调速调速同步电动机通过改变电枢电压的频率不仅可以实现起动，而且可以用来调速。同步电动机采用变频调速，而且需要转子位置信号（采用传感器检测，无传感器转子位置或转速观测器估算）。目前很多需要高效节能的调速场合都开始采用永磁同步电动机（正弦波永磁同步和非正弦波无刷直流电动机驱动调速），如家用电器（洗衣机、空调、冰箱）、办公用品（打印机、复印机、传真机）、工业机器人、电动自行车、电动汽车、大功率低速驱动天文望远镜、模拟太空高速离心机等。不仅电动机需要调速，发电机也可能需要变速运行，如可再生清洁能源领域的风力发电机（双馈感应发电机、全功率笼型发电机、永磁同步发电机）、潮汐能或波浪能发电的直线永磁同步发电机等。THANKYOU任务四感应子励磁机相关知识AGQL-45型感应子励磁机的基本结构BGQL-45型感应子励磁机的发电原理CGQL-45型感应子励磁机的主要技术参数D目录CONTENTSPart第一章01相关知识相关知识用途DF4B型内燃机车装有一台GQL-45型感应子励磁机（又称感应子发电机），它是一台三相异极式交流发电机，由柴油机—发电机组通过前变速箱直接驱动。该发电机发出的三相交流电，经整流后给牵引发电机励磁绕组供电，因此被称为励磁机。特点感应子励磁机的励磁绕组和电枢绕组都安装于电机的定子上，转子上没有绕组，电机内外电路联系不需电刷和滑环等滑动接触部件。这种电机具有结构简单、制造成本低、工作可靠、维护工作量小等优点。其主要缺点是硅钢片铁心的利用率低，发电机输出电势的波形不容易达到理想的正弦波。Part第一章02GQL-45型感应子励磁机的基本结构GQL-45型感应子励磁机的基本结构结构GQL-45型感应子励磁机（简称45励磁机）由定子、转子和气隙构成。定子定子的作用主要是建立气隙磁场、提供磁路和产生感应电势，是实现机电能量转换的枢纽，又称电枢。励磁机的定子主要由机座、定子铁心、定子绕组和端盖组成。转子转子的主要作用是输入扭矩，并形成电机的交变磁场。转子由转轴、转子铁心和风扇等组成。Part第一章03GQL-45型感应子励磁机的发电原理GQL-45型感应子励磁机的发电原理结构当定子上的励磁绕组输入直流励磁电流时，在电机中建立励磁磁场。转子上虽然没有励磁绕组，但转子齿轮状结构决定了其“齿”的磁阻小，与磁阻成反比的磁通（由定子励磁磁场产生）主要从转子齿部通过；而转子“槽”部磁阻大，只有少量磁通由转子槽部通过（可近似认槽部磁通为零）。励磁机运转时，定子磁极位置和极性均固定